柴油發(fā)動機技術

1、已非昔日阿蒙！21世紀柴油發(fā)動機詳解    柴油發(fā)動機可以說是進入21世紀以來，全球汽車市場最熱門的話題之一。并且隨著油價的不斷攀升，柴油發(fā)動機省油的特性，令其在市場上倍受關注。    柴油發(fā)動機，在國內市場，并不為普通民眾所熟悉。柴油發(fā)動機由于排放不清潔而受到法規(guī)的限制，因此在國內某些大城市，如首都北京禁止小型柴油轎車上牌，其他很多地方也只能見到使用柴油發(fā)動機的卡車和大客車等。然而在我國對柴油小車采取限制的同時，柴油發(fā)動機省油、低轉速扭矩輸出大的特性，一直為國際車廠所喜歡，也成為都市生活最合適的動力系統(tǒng)選擇。在經過數十年的研發(fā)之后，

2、國際車廠已開發(fā)出各方面均不遜于汽油發(fā)動機的產品，使其不論在性能、排放等方面，均與汽油發(fā)動機平分秋色。  而在柴油煉制成本較低的情形之下，柴油發(fā)動機更是受到先進國家消費者的喜愛，甚至連高價位的豪華車，亦紛紛搭載柴油發(fā)動機，其表現之優(yōu)異可見一斑。隨著時代的進步，技術的發(fā)展，也是實際的需要所致，限制柴油汽車的相關法規(guī)，也正在逐漸修改完善，令柴油車可以在汽車市場中施以長計。究竟柴油發(fā)動機與汽油發(fā)動機之間有什么不同呢？內燃機的崛起在機械工程學的定義中，凡利用熱能而產生動力的機械，統(tǒng)稱為熱機(Heat Engine)。而熱機又分為內燃機與外燃機兩大類，燃料在熱機內部燃燒產生熱能，再將熱能轉變?yōu)闄C

3、械動力者，皆稱為內燃機，如汽油發(fā)動機、柴油發(fā)動機、燃氣渦輪發(fā)動機等。而燃料在熱機外燃燒者稱為外燃機，如蒸氣機。在一般常見的發(fā)動機中，又分為利用點火器(如火花塞)點火的火花點火(SI)發(fā)動機，及利用高壓高溫空氣使燃料燃燒的壓縮點火(CI)發(fā)動機。汽油發(fā)動機屬于火花點火發(fā)動機，柴油發(fā)動機則屬壓縮點火發(fā)動機。十八世紀末期，瓦特(James Watt)發(fā)明了蒸氣機促使了英國第一次的工業(yè)革命，也改變了人類的生活方式，使人們由自身勞力或畜力轉而利用機械動力。一百年后(1876年)，德國人奧圖(Nikolaus Otto)發(fā)明了第一具四沖程內燃發(fā)動機，隨后(1887年)，戴姆勒(Daimler)將四沖程發(fā)動

4、機成功應用于汽車上。公元1892年，德國工程師狄賽爾(Rudolf Diesel)發(fā)明了燃燒效率較高的非火花點火發(fā)動機，并取得專利，這是內燃機發(fā)展的一個新里程碑。柴油發(fā)動機的發(fā)展   在奧圖發(fā)明了第一臺四沖程內燃發(fā)動機后，當時許多工程師都致力于內燃機的發(fā)展，但是多以火花點火發(fā)動機為發(fā)展方向，如梅賽德斯-奔馳的創(chuàng)辦人戴姆勒，正是將汽油發(fā)動機應用于車輛的始祖。但由于當時點火裝置技術并不成熟，狄賽爾便以空氣壓縮使溫度升高的理論，朝向壓縮點火方向發(fā)展內燃機技術。也就是先將氣缸內的空氣壓縮至高溫，再將燃料注入燃燒室，燃料因高溫高壓而自燃，產生發(fā)動機所需動力  &#

5、160; 柴油發(fā)動機之父狄賽爾(Rudolf Diesel)另辟蹊徑，在奧圖循環(huán)發(fā)動機之外，開創(chuàng)了柴油發(fā)動機的新世界!  由于要將空氣加熱至燃料的燃點溫度，需要極大的壓力，當時的燃油汽油在如此高溫高壓下，會產生猛烈的爆震，所以狄賽爾必須發(fā)展不同的燃油，他甚至曾經嘗試使用植物油，而最后選定了當時最不受重視的柴油。柴油因不易點燃不能作為火花點火發(fā)動機燃料，并且柴油點燃后會產生黑煙，也不能像煤油般作為照明燃料，所以在那時不受重視。但是柴油穩(wěn)定不易爆震的特性，正好可作為壓縮點火發(fā)動機使用。經過將近二十年的研發(fā)，第一具壓縮點火發(fā)動機于1892年問世，同年，狄賽爾也取得此項技術專利。由于狄賽爾的

6、柴油發(fā)動機在發(fā)展初期技術尚未成熟，盡管它有不錯的熱效率及省油特性，在當時卻很難與技術已經成熟的汽油發(fā)動機競爭。然而狄賽爾卻仍將它推入市場中，導致他銷售的20臺柴油發(fā)動機一一招致退貨，并且在往后一段時間，人們都無法接受柴油發(fā)動機。而失意的狄賽爾也于1913年10月29日投海自盡。柴油發(fā)動機在沉寂了一段時間后，美國Cummins公司在1924年時，將供油噴射泵應用于柴油發(fā)動機上，解決了當時狄賽爾以高壓空氣供油方式的不穩(wěn)定運轉，并首度將柴油發(fā)動機裝于卡車上，奠定了車輛使用柴油發(fā)動機的基礎。1936年，柴油發(fā)動機也搭載于梅賽德斯-奔馳260D，這也是柴油發(fā)動機首次應用于轎車。替代能源前合適的過渡方案&

7、#160;   柴油發(fā)動機由于動力大而且省油，但早期因噪音及黑煙的排放，所以多為大型車輛及工程機械所使用。而柴油發(fā)動機正因扭矩大而省油的特性，也讓歐洲許多車廠致力改進以適用于小型車輛上。在共軌直噴與可精確供油的壓電式噴嘴技術成熟后，柴油發(fā)動機更適合小行車使用。在尋求替代能源的現今，柴油發(fā)動機雖不是終極的方案，但是柴油發(fā)動機的省油特性，可作為十分合適的過渡方案。>>查看梁巍的其他文章已非昔日阿蒙！21世紀柴油發(fā)動機詳解汽車之家   類型：轉載  日期：2009/12/04  汽車探索   責任編輯：梁巍

8、柴油發(fā)動機分為二沖程與四沖程有別于汽油的火花點火(SI)發(fā)動機，柴油發(fā)動機為壓縮點火(CI)發(fā)動機。與汽油發(fā)動機一樣，柴油發(fā)動機依其運轉方式可分為四沖程與二沖程發(fā)動機。二沖程柴油發(fā)動機可能大家較為陌生，但是當過裝甲兵的讀者，對于坦克裝甲車上使用的八缸二沖程柴油發(fā)動機，應該會有點印象。用在一般車輛上的柴油發(fā)動機，還是以四沖程居多，以下內容還是以介紹四沖程柴油發(fā)動機運作原理為主。四沖程柴油發(fā)動機的運作原理  柴油發(fā)動機以壓縮點火的方式，利用空氣的高溫點燃柴油，產生動力。      進氣行程排氣門關閉而進氣門打開。當活塞從上止點往下行時，僅有在進氣歧

9、管中的空氣經由進氣門被吸入氣缸中，此時并沒有燃油進入氣缸內。壓縮行程在進氣行程結束后，并當活塞從下止點開始往上走時，進氣門即關閉并停止進氣。在活塞上升的同時壓力和溫度便開始增加。在柴油發(fā)動機中，空氣必需被壓縮加熱，直至它到達點火溫度以上。做功行程當壓縮行程接近終了時，噴油嘴將燃油以霧化方式噴出，經壓縮加熱后之空氣即會點燃被霧化的燃油。在此結果下，氣缸內的壓力將迅速上升并將活塞往下推，此推力變成讓曲軸產生轉動的力量。排氣行程在燃燒過程結束后，并當活塞往下走接近下止點時，排氣門即會開啟。當活塞再度往上行時，廢氣便經由排氣門、排氣歧管和消音器將廢氣排出。 高壓縮比與壓縮點火  &

10、#160; 奧迪的柴油技術也非常成熟，其TDI渦輪增壓柴油發(fā)動機具有動力強大、省油和排放清潔的眾多優(yōu)點。   柴油發(fā)動機在機構組件方面，非常類似于汽油發(fā)動機的，但是汽油發(fā)動機主要是靠火花塞來點燃混合氣，而柴油發(fā)動機則是純粹導入空氣并經過高壓縮比(1623:1)的氣缸容積來壓縮空氣，使所壓縮的空氣其溫度迅速上升超過500，然后經由噴油嘴將柴油注入加以霧化，之后藉由已被壓縮的空氣所產生的高溫來自行點燃霧化的柴油。因此柴油發(fā)動機不需使用點火系統(tǒng)，但它仍需要噴射泵和噴油嘴所組成的燃油噴射系統(tǒng)。為什么可以靠壓縮空氣來點燃油氣，而不需要火花塞呢？原因是當空氣分子被導入氣缸壓縮后，空氣中

11、分子受到互相沖撞與摩擦，因而使分子移動速度迅速增加?？諝夥肿蛹铀俦硎疽褟耐獠课樟四芰?，造成溫度上升。然而要使氣缸內空氣達到能夠點燃柴油溫度，是需要很高壓縮比的，所以高壓縮比是柴油發(fā)動機必備的一大特性。    柴油發(fā)動機與汽油發(fā)動機的應用與發(fā)展，至今已有一個多世紀之久，兩種發(fā)動機各有其市場，也各有其應用領域。一般來說，柴油發(fā)動機因為它所產生的動力較大，而運轉度較低，多半應用于船舶、重型車輛及大型機械；而汽油發(fā)動機因其體積與重量小，運轉精致且適合高速運轉，可應用于轎車、割草機等小型機械及小型螺旋槳飛機等。      主流的四沖

12、程柴油發(fā)動機（圖右）與四沖程汽油發(fā)動機（圖左）的設計類似，主要差別在于壓縮點火與火花塞點火。新一代的柴油發(fā)動機大多采用共軌直噴技術，而汽油發(fā)動機則朝向缸內燃油直噴的方向發(fā)展。   由于柴油發(fā)動機技術不斷更新，越來越多轎車及商旅車采用小排氣量的柴油發(fā)動機，到底柴油發(fā)動機車與汽油發(fā)動機車有什么不同呢？以下將就其機械特性與行駛特性對柴油和汽油發(fā)動機做比較，而柴油發(fā)動機以目前廣泛應用于小型車的共軌直噴發(fā)動機為比較對象。 機械特性柴油發(fā)動機與汽油發(fā)動機在機械特性上的差異 汽油發(fā)動機柴油發(fā)動機（共軌直噴型）燃油汽油、液化石油氣柴油進氣混合氣/純空氣純空氣點火方式火花點火（火花

13、塞） 壓縮點火壓縮比611：11623：1負載控制控制混合比控制燃油量空燃比1317（混合比濃度）16：1以上（空氣超過燃油的稀薄燃燒）燃燒壓力5070bar6090bar熱效率2530%3540%燃料霧化利用真空或高壓噴嘴使汽油霧化使用高壓噴嘴使柴油霧化燃料特性燃點越高越好燃點越低越好燃燒過程混合燃燒（火焰?zhèn)鞑ィU張燃燒火焰最高轉速7500rpm以上4500rpm左右廢氣溫度高低發(fā)動機重量輕重>>查看梁巍的其他文章關鍵詞:  柴油  共軌直噴  四沖程  已非昔日阿蒙！21世紀柴油發(fā)動機詳解

14、汽車之家   類型：轉載  日期：2009/12/04  汽車探索   責任編輯：梁巍     前面我們?yōu)槟敿毥榻B了柴油發(fā)動機的歷史、發(fā)展以及其工作基本原理，接下來我們將深入介紹柴油發(fā)動機的供油系統(tǒng)，包括直接噴射 VS 間接噴射及柱塞式噴射泵系統(tǒng) VS 共軌式噴射系統(tǒng)。 各種柴油系統(tǒng)比較：直接噴射 VS 間接噴射各種不同形式的柴油發(fā)動機除排氣量的不同外，最大的差別在于其燃燒室及供油系統(tǒng)設計。柴油發(fā)動機依燃燒室設計不同，可分為直接噴射(DI)式及間接噴射(IDI)式兩種，間接噴射又可分為預燃室型與渦流式型

15、兩大類。直接噴射式：    直接噴射發(fā)動機的缸頭燃燒室設計是平的，主燃燒室位于活塞上端鍛造成的特殊的凹陷空間內，并經過處于凹洞中央處的多孔型噴油嘴來完成迅速將燃油噴的之目的。直接噴射式柴油發(fā)動機將燃油直接注入氣缸中    優(yōu)點：燃燒室構造簡單且表面積較小，熱損失和耗油率低；缸頭構造簡單，受熱變形機會??；發(fā)動機啟動容易且不需預熱塞；燃燒室表面積的容積率小，冷卻損失亦小。缺點：對燃油的可燃性級數的要求較高；需要較高的燃油噴射壓力；使用的多孔型噴油嘴價格較高；噴油嘴微小的衰退會大大影響發(fā)動機的性能；因其氣流渦動較弱，空氣的使用率較差，不適合

16、在高轉速運作。預燃室型間接噴射：預燃室位于主燃燒室上方，在燃燒沖程前期，噴油嘴將燃油噴入預燃室中產生局部燃燒，因而產生高溫高壓氣體。隨此壓力，剩余的燃油經噴油嘴的油孔噴出并進入主燃燒室中，然后與渦動的空氣混合來完全燃燒。預燃室型發(fā)動機，它的燃燒過程分兩階段完成，差別是在燃油與空氣的混合是利用從預燃室所噴出的氣流來完成。預燃式型間接噴射柴油發(fā)動機，先在預燃室內點火，再點燃主燃燒室    優(yōu)點：因燃油噴射壓力相對較低(80150bar)，燃油系統(tǒng)故障較率低且壽命較長；對燃油可燃性級數要求較低；運行較寧靜且不易發(fā)生爆震；空氣與燃油的混合狀況較佳。缺點：缸頭構造復雜；因預

17、燃室的表面積容量大，所以冷卻損失亦較大；發(fā)動機啟動困難且需預熱系統(tǒng)；需較大啟動扭力，也就是需要高功率的啟動馬達；耗油率較直接噴射式更高。渦流型間接噴射：渦流型在壓縮沖程期間，空氣流入渦流室，當燃油噴入時會產生強大的渦動效果，然后到達燃燒室。燃油點燃是借著噴入渦流室的燃油與空氣混合時產生強烈的循環(huán)而發(fā)生。在預燃室型式中，燃油僅局部被點燃，但在渦論室型式中，所有的燃油均被點燃。因此，渦流室的容積占整個燃燒室容積的7080%以上。渦流室型式的燃燒特性介于直接噴射式與預燃室型式之間。渦流型間接噴射是介于直接噴射和預燃室型間接噴射之間的設計    優(yōu)點：燃油與空氣之混合狀況

18、較佳，發(fā)動機轉速與平均有效壓力可提升；具更低的噴射壓力；因發(fā)動機的轉速范圍更廣，發(fā)動機運轉更平順。缺點：缸頭構造復雜；熱效率較直接噴射式低；在低速時容易發(fā)生爆震；在發(fā)動機啟動期間需要預熱塞。>>查看梁巍的其他文章關鍵詞:  柴油  共軌直噴  四沖程  各種柴油系統(tǒng)比較：柱塞式噴射泵系統(tǒng) VS 共軌式噴射系統(tǒng)柴油發(fā)動機的燃燒方式是將燃油噴入燃燒室中，并于燃燒室中之空氣混合來產生自燃。因此，為達最大性能與平穩(wěn)運行的情況，必須有適當的噴油量與噴油時機。同時，在噴入燃油之時必須要讓燃油以霧化形式來噴出以獲取平

19、順的燃燒效果。簡單的說，柴油發(fā)動機的供油系統(tǒng)必須在噴油量、噴油時間及燃油霧化三方面有準確的控制。下面我們將介紹柱塞式噴射泵系統(tǒng)及共軌式噴射系統(tǒng)這兩種不同柴油發(fā)動機之供油系統(tǒng)。柱塞式噴射泵系統(tǒng)：柱塞式噴射泵系統(tǒng)為傳統(tǒng)柴油發(fā)動機所采用之供油系統(tǒng)，因為其制造技術成熟成本低，目前仍廣為中大型柴油發(fā)動機采用。其運行方式是由供油泵將燃油自油箱吸至噴射泵內，噴射泵內有一凸輪軸，凸輪軸由發(fā)動機傳動。凸輪軸轉動使得凸輪依發(fā)動機旋轉正時來壓動控制各缸噴油壓力的柱塞，以建立燃油壓力，并將燃油藉由高壓油管輸送至各缸噴油嘴，并將燃油注入汽缸內，而噴油嘴的啟閉是由發(fā)動機凸輪軸所控制。因為是由發(fā)動機運轉來驅動噴射泵，所以燃

20、油壓力會隨著發(fā)動機轉速的不同而改變。柱塞式噴射泵系統(tǒng)雖廣為柴油發(fā)動機采用，但因為其噴射泵是以機械方式驅動，無法依據發(fā)動機負荷狀況提供精確的供油量；并且由于噴射泵至各缸的距離并不相同，使得輸送至各缸的燃油壓力不盡相同。這樣的缺陷會降低發(fā)動機運轉的精致性，并增加噪音、排污及油耗。共軌式噴射系統(tǒng)： 新的共軌式柴油發(fā)動機，具有控制精準、重量輕等優(yōu)勢，能有效控制排放   共軌式噴射系統(tǒng)是由高壓泵將燃油加壓，并輸送至具有調壓閥的共享油軌中，再由噴油嘴將油軌中的燃油注入汽缸中。目前應用于小型車及商旅車的共軌直噴發(fā)動機，是由發(fā)動機控制系統(tǒng)(ECU)來控制高壓泵、調壓閥及噴油嘴等組

21、件之運作，使得燃油在極高的壓力下，仍能依據當時之發(fā)動機負載及轉速準確地調整噴油量，讓發(fā)動機運轉順暢，并且運轉噪音及排污量都較傳統(tǒng)柴油發(fā)動機小了許多。并且噴油泵體積及重量也較柱塞式噴射泵小，減輕不少發(fā)動機重量。  前面我們?yōu)槟敿毥榻B了柴油發(fā)動機的歷史、發(fā)展以及其工作基本原理，接下來我們將深入介紹柴油發(fā)動機的供油系統(tǒng)，包括直接噴射 VS 間接噴射及柱塞式噴射泵系統(tǒng) VS 共軌式噴射系統(tǒng)。 各種柴油系統(tǒng)比較：直接噴射 VS 間接噴射各種不同形式的柴油發(fā)動機除排氣量的不同外，最大的差別在于其燃燒室及供油系統(tǒng)設計。柴油發(fā)動機依燃燒室設計不同，可分為直接噴射(DI)式及間接噴射(IDI)式兩種

22、，間接噴射又可分為預燃室型與渦流式型兩大類。直接噴射式：    直接噴射發(fā)動機的缸頭燃燒室設計是平的，主燃燒室位于活塞上端鍛造成的特殊的凹陷空間內，并經過處于凹洞中央處的多孔型噴油嘴來完成迅速將燃油噴的之目的。直接噴射式柴油發(fā)動機將燃油直接注入氣缸中    優(yōu)點：燃燒室構造簡單且表面積較小，熱損失和耗油率低；缸頭構造簡單，受熱變形機會小；發(fā)動機啟動容易且不需預熱塞；燃燒室表面積的容積率小，冷卻損失亦小。缺點：對燃油的可燃性級數的要求較高；需要較高的燃油噴射壓力；使用的多孔型噴油嘴價格較高；噴油嘴微小的衰退會大大影響發(fā)動機的性能；因其氣

23、流渦動較弱，空氣的使用率較差，不適合在高轉速運作。預燃室型間接噴射：預燃室位于主燃燒室上方，在燃燒沖程前期，噴油嘴將燃油噴入預燃室中產生局部燃燒，因而產生高溫高壓氣體。隨此壓力，剩余的燃油經噴油嘴的油孔噴出并進入主燃燒室中，然后與渦動的空氣混合來完全燃燒。預燃室型發(fā)動機，它的燃燒過程分兩階段完成，差別是在燃油與空氣的混合是利用從預燃室所噴出的氣流來完成。預燃式型間接噴射柴油發(fā)動機，先在預燃室內點火，再點燃主燃燒室    優(yōu)點：因燃油噴射壓力相對較低(80150bar)，燃油系統(tǒng)故障較率低且壽命較長；對燃油可燃性級數要求較低；運行較寧靜且不易發(fā)生爆震；空氣與燃油的混

24、合狀況較佳。缺點：缸頭構造復雜；因預燃室的表面積容量大，所以冷卻損失亦較大；發(fā)動機啟動困難且需預熱系統(tǒng)；需較大啟動扭力，也就是需要高功率的啟動馬達；耗油率較直接噴射式更高。渦流型間接噴射：渦流型在壓縮沖程期間，空氣流入渦流室，當燃油噴入時會產生強大的渦動效果，然后到達燃燒室。燃油點燃是借著噴入渦流室的燃油與空氣混合時產生強烈的循環(huán)而發(fā)生。在預燃室型式中，燃油僅局部被點燃，但在渦論室型式中，所有的燃油均被點燃。因此，渦流室的容積占整個燃燒室容積的7080%以上。渦流室型式的燃燒特性介于直接噴射式與預燃室型式之間。渦流型間接噴射是介于直接噴射和預燃室型間接噴射之間的設計    優(yōu)點：燃油與空氣之混合狀況較佳，發(fā)動機轉速與平均有效壓力可提升；具更低的噴射壓力；因發(fā)動機的轉速范圍更廣，發(fā)動機運轉更平順。缺點：缸頭構造復雜；熱效率較直接噴射式低；在低速時容易發(fā)生爆震；在發(fā)動機啟動期間需要預熱塞。>>查看梁巍的其他文章關鍵詞:  柴油  共軌直噴  四沖程  各種柴油系統(tǒng)比較：柱塞式噴射泵系統(tǒng) VS 共軌式噴射系統(tǒng)柴油發(fā)動機的燃燒方式是將燃油噴入燃燒室中，并于燃燒室中之空氣混合來產生自燃。因此，為達最大性能與平穩(wěn)運